一种适合于白天工作的高分辨力成像自适应光学望远镜

摘要

一种适合于白天工作的高分辨力成像自适应光学望远镜，包括望远镜系统、精密跟踪系统、自适应光学系统以及成像系统，精密跟踪系统中精密跟踪探测系统位于库德房中，从而使得精密跟踪系统、高精跟踪回路以及高阶误差校正回路共光轴；同时精密跟踪系统的核心探测器件为EMCCD，由于EMCCD噪声小(读出噪声＜1e－)量子效率高，可提高系统探测能力；利用分光镜分光，使哈特曼传感器工作于近红外波段，减弱了白天强背景光的影响，提高了高精跟踪回路对残余整体倾斜误差的校正能力以及高阶误差校正回路对高阶误差的校正能力；成像系统的探测器为近红外探测器，克服了强背景光和白天大气湍流相对较强的影响，提高了成像分辨力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种望远镜，特别是适合于白天工作的高分辨力成像自适应光学望远镜。

背景技术

自适应光学系统是一种实时探测和校正随机光学波前像差的系统。常规的自适应光学望远镜工作在可见光波段范围内。2004年出版的SPIE中第943页的云南天文台1.2m自适应光学望远镜的精跟踪回路的工作波段为0.4um-0.43um，高精跟踪回路和高阶误差校正回路的工作波段为0.43um-0.7um，成像系统的工作波段为0.7um-1.0um。由于在可见光波段范围内天空背景的强度很大，此自适应光学望远镜不具备白天工作的能力；同时精密跟踪系统位于望远镜镜筒底部，精跟踪回路和高精跟踪回路高阶误差校正回路不共光轴。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有自适应光学望远镜不能白天工作的问题，提供一种适合于白天工作的高分辨力成像自适应光学望远镜，具备在白天强天光背景下弱目标信号波前探测和高分辨力成像的能力。

本发明的技术解决方案是：适合于白天工作的高分辨力成像自适应光学望远镜，其特征在于：包括望远镜系统、精密跟踪系统、自适应光学系统以及成像系统，其特征在于：所属的精密跟踪探测系统位于库德房中；精密跟踪探测系统核心探测器件为EMCCD；成像系统的核心探测器件为近红外探测器，利用分光镜分光，使哈特曼传感器工作于近红外波段。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)将精跟踪系统置于库德房中，使精密跟踪系统、高精跟踪回路以及高阶误差校正回路共光轴，提高了系统的探测精度；同时精密跟踪探测系统的核心探测器件为EMCCD，由于EMCCD噪声小(读出噪声＜1e^-)量子效率高，从而提高对整体倾斜误差的校正能力；

(2)利用分光镜分光，拓宽了高精跟踪回路和高阶误差校正回路的工作波段，由于其部分工作波段为近红外波段，减弱了白天强背景光的影响，提高了高精跟踪回路对残余整体倾斜误差的校正能力以及高阶误差校正回路对高阶误差的校正能力。成像系统工作波段为近红外波段，克服了强背景光和白天大气湍流相对较强的影响，提高了成像分辨力。

附图说明

图1为本发明中自适应光学望远镜示意图；

图2为本发明的库德房的结构示意图；

图3为本发明的成像系统示意图。

图中：1.主镜，2.次镜，3.反射镜，4.倾斜反射镜，5.反射镜，6.反射镜，7.分光镜，8.反射镜，9.反射镜，10.离轴抛物镜，11.离轴抛物镜，12.场镜，13.倾斜反射镜，14.变形镜，15.分光镜，16.缩束系统1，17.反射镜，18.缩束系统2，19.成像系统，20.哈特曼传感器，21.波前处理机，22.EMCCD探测器，23.精跟踪处理机，24.望远镜系统，25.精密跟踪系统，26.跟踪物镜，27.自适应光学系统，28.成像探测器，29.图像采集记录系统，30.成像物镜组，31.大气色散校正器(ADC)，32.滤光片盘(F)，33.视场光栏。

具体实施方式

如图1所示，本发明由望远镜系统24、精密跟踪系统25、自适应光学系统27及成像系统19组成，望远镜系统24由主镜1、次镜2、反射镜3组成；精密跟踪系统25由一个回路由大行程高速倾斜反射镜4，反射镜5和6，分光镜7，跟踪物镜26，精跟踪探测器EMCCD探测器22和精跟踪处理机23组成，用于校正望远镜粗跟踪回路的残余误差，其中由跟踪物镜26和精跟踪探测器EMCCD探测器22组成的精密跟踪探测系统位于库德房中；从目标来的光经主镜1、次镜2、反射镜3，到达高速倾斜反射镜4后，再经反射镜6进入库德房，进入库德房的光部分经分光镜7反射进入精密跟踪系统25的EMCCD探测器22，另一部分经分光镜7透射到达反射镜8和9后进入缩束系统16，缩束系统16由离轴抛物镜10、11和场镜12组成，缩束系统16的作用是将望远镜来的光束口径压缩到与变形镜口径匹配，并且使望远镜主镜1和变形镜14满足物象共轭关系，通过缩束系统的光经高速倾斜反射镜13和变形镜14到达分光镜15，从分光镜15反射的光，再经过反射镜17和缩束系统18后进入哈特曼传感器20，从分光镜15透射的光进入成像系统19，其中缩束系统18的主要作用是将光束口径缩小到与阵列透镜匹配的光束口径。

自适应光学系统27自适应光学系统由两个校正回路组成：高精跟踪控制回路主要采用高速倾斜反射镜13校正精跟踪控制回路的残差，其控制信号由哈特曼-夏克波前传感器的整体倾斜信号提供，这样可以减少分光，满足目标倾斜校正的控制带宽和精度要求；第二个回路为由高帧频弱光夏克-哈特曼波前传感器20、变形镜14及实时波前处理机21组成高阶误差校正回路，用于校正大气湍流和望远镜抖动产生的高阶像差和静态像差。

如图2所示，库德房中的核心器件有EMCCD探测器22、哈特曼传感器20及成像探测器28，EMCCD探测器22主要用于探测整体倾斜信号，精跟踪处理机根据EMCCD探测器22探测得到的整体倾斜误差计算出控制电压控制倾斜反射镜13，从而实现对整体倾斜误差的校正。哈特曼传感器20用于探测残余整体倾斜误差和高阶误差，再由波前处理机21计算出控制信号控制倾斜反射镜和变形镜14，从而实现对残余整体倾斜误差和高阶误差的校正。

如图3所示，成像系统由成像探测器28、图像采集记录系统29、成像物镜组30、大气色散校正器(ADC)31、滤光片盘(F)32和视场光栏33等。成像物镜30有不同的焦比，用于调节不同的成像视场。大气色散校正器(ADC)31用于补偿大气色散的影响。滤光片盘32上装有中性滤光片和光谱滤光片，用于调节光度和抑制背景光的影响。成像探测器28为近红外探测器，从而使得成像系统工作波段为近红外波段，克服了强背景光和白天大气湍流相对较强的影响，提高了成像分辨力。